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JP2002322532A - 磁気回路部材の製造方法、磁気回路部材、電磁機器 - Google Patents

磁気回路部材の製造方法、磁気回路部材、電磁機器

Info

Publication number
JP2002322532A
JP2002322532A JP2001124709A JP2001124709A JP2002322532A JP 2002322532 A JP2002322532 A JP 2002322532A JP 2001124709 A JP2001124709 A JP 2001124709A JP 2001124709 A JP2001124709 A JP 2001124709A JP 2002322532 A JP2002322532 A JP 2002322532A
Authority
JP
Japan
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circuit member
magnetic circuit
magnetic
iron
graphite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2001124709A
Other languages
English (en)
Inventor
Akikazu Matsumoto
晃和 松本
Wataru Yagi
渉 八木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aisin Seiki Co Ltd filed Critical Aisin Seiki Co Ltd
Priority to JP2001124709A priority Critical patent/JP2002322532A/ja
Priority to US10/127,754 priority patent/US7015781B1/en
Publication of JP2002322532A publication Critical patent/JP2002322532A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気回路部材をニアネットシェイプ（製品近似
形状）とするのに有利であり、これにより切削代を低減
できて切削コストの低減に有利であり、更に、外部の磁
場入力に対する応答性を改善した磁気回路部材の製造方
法、磁気回路部材、電磁機器を提供する。 【解決手段】鋳鉄溶湯を鋳造して凝固させることにより
球状もしくは芋虫状の黒鉛が鉄基マトリックスに分散し
た凝固体を形成する工程と、凝固体に対して７５０〜１
０５０℃の温度範囲で焼鈍熱処理を施すことにより、鉄
基マトリックスのフェライト化を進行させる工程とを順
に実施する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電磁弁や磁気センサ
などに代表される電子機器、電気機器に装備される鉄
心、ヨーク部、ケース部などの磁気回路において使用さ
れる磁気回路部材の製造方法、磁気回路部材、電磁機器
に関する。
【０００２】
【従来の技術】電磁弁における磁気回路部材を例にとっ
て従来技術について説明する。従来、電磁弁における磁
気回路に使用される磁気回路部材としては、軟磁性材料
である純鉄、低炭素綱材などが使用されている。
【０００３】更に近年、電磁弁では、制御性の更なる向
上のために、外部磁場に対する応答性を一層高めること
が要求されるようになっている。殊に、油量等の流量制
御を良好に行うため、電磁弁の励磁ソレノイドコイル部
に通電される励磁電流に対する吸引力のリニア応答性を
一層高めることが要求されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来より使
用されている軟磁性材料である純鉄、低炭素綱材は、そ
のままではニアネットシェイプ（製品近似形状）とはな
らず、棒材からの切削加工により磁気回路部材の形状に
加工しなければならない。このため切削代として捨てる
箇所も多くなり、材料コストのアップを招く。また、こ
れらは粘い材料のため、切削加工は必ずしも良好ではな
く、製造コストのかなりの割合を占める切削コストのア
ップも招く問題が生じる。殊に、磁気回路部材（例えば
電磁弁のヨーク部及びプランジャ部）が複雑な形状であ
る場合には、切削代も過多となり、コストのアップを招
く。
【０００５】更に、パルス状の電流（１００Ｈｚ〜３０
０Ｈｚ、直流または交流）が通電される励磁ソレノイド
コイル部をもつ電磁弁に使用される磁気回路部材（例え
ば電磁弁のヨーク部及びプランジャ部）の材料として、
従来より使用されている軟磁性材料である純鉄、低炭素
綱材を適用した場合には、吸引力のリニア応答性が充分
ではないものとなる。その主たる理由としては、励磁ソ
レノイドコイル部にパルス状の電流（直流または交流）
が流れてパルス状の磁場が発生しているとき、従来材の
純鉄や低炭素綱材は、透磁率が小さくなり、使用磁場で
の磁束密度が低くなり、磁気回路部材に磁束が通りにく
くなるためと推察される。換言すると、パルス状の電流
（直流または交流）の周波数が増加すると、磁束が内部
を通りにくくなると共に磁気回路部材の表面を通り易く
なるという表皮効果の影響により、磁束が通るスキンデ
ィプスが小さくなるためと推察される。このため電磁弁
においては、プランジャ部の動きに伴い、磁束がヨーク
部の端部に集中して磁束の飽和が早く起こり、ヨーク部
とプランジャ部との間を通る磁束の量や磁気ベクトル方
向が変わり、磁気回路部材における安定した磁気特性を
確保できなくくなり、これにより応答性特にリニア応答
性が低下するものと推察される。
【０００６】本発明は上記した実情に鑑みなされたもの
であり、磁気回路部材をニアネットシェイプ（製品近似
形状）とするのに有利であり、これにより切削代を低減
できて切削コストの低減に有利であり、更に、外部の磁
場入力に対するリニア応答性等の応答性を改善した磁気
回路部材の製造方法、磁気回路部材、電磁機器を提供す
ることを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気回路部
材の製造方法は、黒鉛を球状もしくは芋虫状とする処理
剤と鋳鉄溶湯とを反応させる工程と、鋳鉄溶湯を鋳造し
て凝固させることにより球状もしくは芋虫状の黒鉛が鉄
基マトリックスに分散した凝固体を形成する工程と、凝
固体に対して７５０〜１０５０℃の温度範囲で焼鈍熱処
理を施すことにより、鉄基マトリックスのフェライト化
を進行させる工程とを順に実施することを特徴とするも
のである。
【０００８】本発明に係る磁気回路部材は、シリコンを
含むフェライト系の鉄基マトリックスと、鉄基マトリッ
クスに分散された球状もしくは芋虫状の黒鉛とで構成さ
れており、７５０〜１０５０℃の温度範囲内で焼鈍熱処
理が施されていることを特徴とするものである。球状も
しくは芋虫状の黒鉛とは、球状の黒鉛だけの形態、芋虫
状の黒鉛だけの形態、球状の黒鉛と芋虫状の黒鉛とを有
する形態を含む意味である。なお球状の黒鉛は真円度が
高い方が好ましい。
【０００９】本発明に係る電磁機器は、請求項１〜６の
いずれかに係る磁気回路部材と、磁気回路部材を通る磁
束を発生させる磁場を発生させる励磁ソレノイドコイル
部とを有することを特徴とするものである。磁場はパル
ス状の磁場、直流磁場を含む。パルス状の磁場は交流磁
場を含む。
【００１０】本発明に係る磁気回路部材、製造方法、電
磁機器によれば、磁気的特性に優れるフェライト系の鉄
基マトリックスに黒鉛を分散させることで、磁気回路部
材における透磁率、磁束密度等の磁気的特性を良好に保
持したまま、磁気回路部材における電気抵抗を増加させ
得る。
【００１１】このようにすればパルス状の磁場が生成す
るときであっても、磁気回路部材における渦電流等の誘
導電流の発生を抑制できる。殊に、高い周波数をもつパ
ルス電流（直流または交流）を励磁ソレノイドコイル部
に通電し、高い周波数をもつパルス状の磁場が生成する
ときであっても、磁気回路部材の磁気特性を向上させ得
る。黒鉛の形態は、磁気回路部材内部の磁束の透過を妨
害しないように、片状黒鉛ではなく、球状またはいも虫
状（compacted vermicular)としている。球状、芋虫状
の黒鉛は、片状黒鉛とは異なり、磁気回路部材における
磁束の透過を妨げにくいため、透磁率、磁束密度を高め
得る。
【００１２】また、磁気回路部材に黒鉛を含有させるこ
とで、磁気回路部材の鋳鉄溶湯の融点がかなり低下する
ため、成形型である鋳型に鋳鉄溶湯を注湯して凝固させ
て凝固体を形成する際に、湯流れ性等の鋳造性が向上す
る。このため磁気回路部材を鋳造により製造することが
容易となり、製造コストにおいてかなりの割合を占める
切削コストの低減を図ることができ、製造コストの低下
を図ることができる。鋳型としては、砂型、シェル型、
せっこう型、金型、ダイカスト型等の公知の成形型を採
用することができる。鋳型の材質は凝固速度に影響を与
え、ひいては磁気回路部材の鉄基マトリックスを構成す
るフェライト粒径、黒鉛粒径の大きさに影響を与える。
【００１３】本発明に係る磁気回路部材、製造方法、電
磁機器によれば、磁気回路部材は、シリコンを含むフェ
ライト系の鉄基マトリックスと、鉄基マトリックスに分
散された球状、芋虫状の黒鉛とで構成されており、焼鈍
熱処理が施されている。鉄基マトリックスを１００％と
したとき、フェライトは面積率で実質的に１００％にす
ることが好ましいが、９８％以上、９５％以上でも良
い。場合によっては、面積率で６％以内のパーライト等
の他の相を含んでいても良い。鉄基マトリックスはフェ
ライト系である。一般的には、フェライト中の炭素量は
０．０３ｗｔ％以下である。従って本発明に係る磁気回
路部材のフェライト系の鉄基マトリックスは、従来より
磁気回路部材に使用されている軟磁性材料である純鉄に
近いものとなる。黒鉛は、鉄基マトリックスに均一に分
散していることが好ましい。黒鉛は小さい方が、材料内
部の磁束の透過を妨害しにくい。このため良好なる透磁
率等の磁気特性を得るためには、黒鉛の平均粒径は５０
ミクロン以下とすることが好ましく、殊に４０ミクロン
以下、３０ミクロン以下、２０ミクロン以下とすること
もできる。なお球状、芋虫状の黒鉛を得るには、磁気回
路部材の材料内には、一般的には、マグネシウム等の球
状化処理剤成分が含まれている。
【００１４】本発明に係る好ましい形態によれば、鉄基
マトリックスにおけるフェライトの平均粒径は２０〜１
００ミクロンである。焼鈍熱処理の温度が高くなる程、
焼鈍熱処理の加熱時間が長くなる程、フェライトの平均
粒径は大きくなる傾向があるが、熱処理コストが高くな
る。一般的には、フェライトの結晶粒径が大きい方が透
磁率、磁束密度等の磁気特性が向上する。コストを抑え
つつ良好なる磁気特性を確保するためには、フェライト
の平均粒径は２０〜９０ミクロン、殊に３０〜７０ミク
ロン、２０〜５０ミクロンとすることができる。
【００１５】本発明によれば前述したように焼鈍熱処理
が施される。焼鈍熱処理の温度は９５０〜１０５０℃で
２０分以上とすることが好ましい。前記したように焼鈍
熱処理の温度が高い方がフェライトの結晶粒径を大きく
でき、また焼鈍熱処理の加熱時間が長い方がフェライト
の結晶粒の成長を促進でき、結晶粒径を大きくできる。
しかし焼鈍熱処理の際に磁気回路部材において液相をで
きるだけ発生させないようにすることが好ましい。液相
部分が再凝固すれば、再凝固部分における黒鉛の形態が
変化するおそれがあるためである。
【００１６】上記した事情を考慮し、焼鈍熱処理の条件
としては、７５０〜１０５０℃としている。なかでも、
フェライト化の促進、フェライトの結晶粒径の成長等を
考慮すれば、焼鈍熱処理の温度としては９５２℃〜１０
５０℃、殊に９５５℃〜１０５０℃、９６０〜１０５０
℃とすることができる。あるいは、液相生成の防止を考
慮し、温度の上限をやや低下させ、９５２℃〜１０００
℃、９５５℃〜１０００℃、９６０〜１０００℃とする
こともできる。焼鈍熱処理の加熱時間としては、焼鈍熱
処理の温度、磁気回路部材の組成や厚みや大きさ等によ
っても相違するものの、例えば１０分〜７２時間、２０
分〜７２時間、０．５時間〜２０時間、５時間〜２０時
間等を例示できる。但しこれに限定されるものではな
く、磁気回路部材が大型品であれば、場合によっては、
１００時間程度とすることもできる。磁気回路部材が薄
肉であれば、一般的には焼鈍熱処理の時間は短時間で済
む。焼鈍熱処理の雰囲気は、酸化を抑えるため、真空雰
囲気もしくは還元雰囲気とすることが好ましい。還元雰
囲気としては、水素を含む雰囲気、一酸化炭素を含む雰
囲気、アルゴンを含む雰囲気、窒素を含む雰囲気が例示
される。
【００１７】磁気回路部材における炭素量が増加する
と、黒鉛が増加するため、一般的には磁気回路部材の内
部に磁束が通りにくくなる傾向がある。また磁気回路部
材におけるシリコンが増加すると、磁束が通り易くなる
傾向がある。これらを考慮して、本発明の好ましい形態
によれば、磁気回路部材においては、鋳造性の確保、透
磁率等の磁気特性の確保等を考慮すれば、亜共晶組成と
することができる。従って、炭素量としては重量比で
３．０ｗｔ％以下、２．８ｗｔ％以下、シリコンとして
は２．０ｗｔ％以上、３．０ｗｔ％以上、３．５ｗｔ％
以上とすることができる。故に、磁気回路部材を鋳造す
る際において鋳鉄溶湯は、炭素量は重量比で３．０ｗｔ
％以下、シリコンは３．０ｗｔ％以上の鋳鉄溶湯とする
ことができる。
【００１８】炭素量が過剰であると、透磁率、磁束密度
が低下し易く、吸引力が低下するおそれがある。シリコ
ン量が過少であると、透磁率、磁束密度が低くなり易
い。なお、切削加工性を考慮すると、シリコンの上限値
としては４．５ｗｔ％または４．０ｗｔ％とすることが
できる。
【００１９】炭素量が増加すれば、湯流れ性等の鋳造性
は確保されるものの、黒鉛量が増加するため、透磁率が
低下すると共に電気抵抗が増加する。
【００２０】本発明によれば、黒鉛を球状またはいも虫
状化する処理剤と鋳鉄溶湯とを反応させる。この鋳鉄溶
湯を鋳造して凝固させることにより、球状もしくは芋虫
状の黒鉛が鉄基マトリックスに分散した凝固体が得られ
る。処理剤としては、Ｍｇ等を含む球状化処理剤を採用
できる。黒鉛を球状化させる処理剤としては、鉄−シリ
コン−マグネシウム系、鉄−シリコン−カルシウム−マ
グネシウム系、鉄−シリコン−マグネシウム系、鉄−シ
リコン−マグネシウム−希土類元素系等の少なくとも１
種を例示できる。いも虫状の黒鉛を凝固体に生成させる
ためには、例えば、球状化処理剤等の処理剤に球状化阻
害元素（例えばジルコニウム、マンガン等の少なくとも
１種）を含有させることにより行ない得る。
【００２１】黒鉛は比重が小さい。従って磁気回路部材
を構成する材料において炭素含有量が重量比で３％であ
る場合には、体積比に換算すると黒鉛は全体の１０％程
度を占めることになる。換言すれば、炭素含量が重量比
で３％とすると、磁気回路部材の静磁場に対する磁気特
性は、材料全体を鉄基マトリックスとした場合と比較し
て、その値は計算上約９０％となると推察される。即
ち、鋳造性が良好であるため、鋳造によりニアネットシ
ェイプ（製品近似形状）の凝固体を形成し、これに対し
て少しの後処理を施すだけで、あるいは、後処理を施す
ことなく、透磁率、磁束密度に優れた磁気回路部材を製
造することができる。
【００２２】本発明に係る好ましい形態によれば、磁気
回路部材の磁気特性は、無名数であるｃｇｓ単位系によ
れば、μｍ（最大透磁率）が３０００以上とすることが
できる。殊にμｍ（最大透磁率）の好ましい範囲として
は例えば３２００〜４０００である。
【００２３】本発明に係る磁気回路部材は、例えば、電
子機器、電気機器に装備される磁気回路部材に使用する
ことができる。電子機器、電磁機器としては、例えば、
磁場を発生させ得る電磁機器が挙げられる。電磁機器と
しては、例えば、磁気回路部材を有する電磁弁、モータ
が挙げられる。電子機器、電気機器としては、交流電流
で作動するタイプでも良いし、直流電流で作動するタイ
プでも良い。
【００２４】
【実施の形態】本発明に係る実施の形態について実施例
に基づいて説明する。
【００２５】（磁気回路部材の製造）重量比で炭素を
２．０％、Ｓｉを３．８％含む鉄系材料を高周波炉で溶
融し、鋳鉄溶湯を形成した。別のルツボ内に球状化処理
剤を入れ、その上に鉄系のカバー材をかけて溶融した前
記鋳鉄溶湯を流し込み、球状化処理を行なった。その
後、球状化処理後の鋳鉄溶湯を鋳型（砂型）のキャビテ
ィに注湯し、凝固させて凝固体を形成した。鋳型はプラ
ンジャ部の形状およびヨーク部の形状に近い成形キャビ
ティを有する。球状化処理剤の基本組成は、Ｍｇ：４．
８％、Ｓｉ：４６％、Ｃａ：２．４％のマグネシウム合
金（東洋電化（株））とした。球状化処理剤の粒径は約
２０ｍｍとした。球状化処理剤の添加割合は鋳鉄溶湯に
対して重量比で１．６％となるようした。
【００２６】上記したように鋳型内の鋳鉄溶湯が凝固し
て凝固体となった後に、凝固体を鋳型から取り出した。
その後、凝固体に対して切削加工を施し、ヨーク部およ
びプランジャ部の形状に仕上げた。その後、表１に示す
所定温度に所定時間加熱保持して焼鈍熱処理を行い、鉄
基マトリックスのフェライト化を促進した。なお加熱保
持した後には徐冷した。
【００２７】参考までに図２に実施例１１に係る材料の
組織写真を示す。図２より明らかなように、実質的にフ
ェライトからなる鉄基マトリックスに多数の球状の黒鉛
が分散している状態が認められた。この写真ではフェラ
イトの粒界が現れていた。フェライトの平均粒径は２０
〜４０ミクロン程度であった。
【００２８】なお、他の実施例に係る各材料についても
同様に、実質的にフェライトからなる鉄基マトリックス
に球状黒鉛が分散しているものであることを本発明者は
確認している。これに対して、従来例の材料（ＪＩＳ−
Ｓ１０Ｃ：炭素鋼）は鉄基マトリックスはフェライトか
らなるものの、球状黒鉛が分散していない。
【００２９】上記のように本発明材で製造したヨーク部
およびプランジャ部を用い、電磁機器としての電磁弁を
組み付けた。電磁弁の概略構造を図１に示す。この電磁
弁は、励磁電流を流すことでパルス状の磁場を発生する
励磁ソレノイドコイル部３と、その励磁ソレノイドコイ
ル部３に電気的に接続された給電用のコネクタ部８と、
本発明材で形成された磁気回路部材である第１ヨーク部
としてのフロントヨーク部１１と、本発明材で形成され
た磁気回路部材である第１ヨーク部としてのリアヨーク
部１２と、本発明材で形成された磁気回路部材である可
動子としてのプランジャ部２２と、励磁ソレノイドコイ
ル部３を覆うケース部２３と、プランジャ部２２がカシ
メ留めされるシャフト２１と、シャフト２１の先端に連
結されたスリーブ形状のスプール６と、スプール６を摺
動可能に保持するスリーブ形状のバルブ部５と、スプー
ル６を開弁方向に常に付勢するバネ部７とをもつ。スプ
ール６は作動油等の流体が通過する通孔６ｘをもつ。バ
ルブ部５は通孔６ｘに連通可能であり且つ流体が通過す
る通孔５ｘをもつ。励磁ソレノイドコイル部３に励磁電
流が通電されると、発生した磁力に基づく吸引力（作動
力）により、バネ部７に抗してスプール６を移動させ、
バルブ部６の各通孔６ｘを閉じることになる。
【００３０】（評価試験） （吸引力試験）吸引力試験は、各実施例及び従来例の電
磁弁について、励磁ソレノイドコイル部３にパルス状の
励磁電流（ＰＷＭ電流）を通電し、これの値を変化さ
せ、発生する磁力に基づく吸引力（作動力）と各電磁弁
のプランジャ部２２の移動距離との関係を測定した。本
試験においては測定の都合上、バネ部７は外した状態で
試験を行った。吸引力は電流値を下記する所定の値に固
定した後に、図１のバルブ５の左方（バネ部７側）から
荷重（バネ部７に相当する荷重）をプランジャ部２２に
加えて行き、釣り合うときのストローク値（ｍｍ）と荷
重とを測定した。励磁電流の電流値は０．４Ａから０．
１Ａ刻みで１．０Ａまで変化させ、励磁電流の周波数を
３００Ｈｚとした。図３は本発明材（実施例１１）につ
いて、実際の各電流値に対するストローク値と吸引力と
の関係を示す。図４は従来例（ＪＩＳ−Ｓ１０Ｃ）につ
いて、実際の各電流値に対するストローク値と吸引力と
の関係を示す。
【００３１】図３において、バネ部７が存在するとし
て、（バネ荷重（Ｎ））＝７．８×（ストローク（ｍ
ｍ））で表される所定のストローク値におけるバネ荷重
を直線Ｘとして示す。そして、各電流値で発生する吸引
力を示す曲線Ｙ１〜Ｙ７と直線Ｘとの交点をそれぞれ求
めた。Ｙ７は電流値が１．０Ａのときの特性を示す。Ｙ
１は電流値が０．９Ａのときの特性を示し、Ｙ２は電流
値が０．８Ａのときの特性を示し、Ｙ３は電流値が０．
７Ａのときの特性を示し、Ｙ４は電流値が０．６Ａのと
きの特性を示し、Ｙ５は電流値が０．５Ａのときの特性
を示し、Ｙ６は電流値が０．４Ａのときの特性を示す。
こここでストロークとしては、プランジャ部２２が移動
可能な範囲のうち、図１のバネ部７側の限界を０ｍｍの
基準点とし、基準点よりも右方を正とした。そして順番
に、電流値が０．９Ａの曲線Ｙ１と直線Ｘとの交点を点
１とし、０．８Ａの曲線Ｙ２と直線Ｘとの交点を点２と
し、０．７Ａの曲線Ｙ３と直線Ｘとの交点を点３とし、
０．６Ａの曲線Ｙ４と直線Ｘとの交点を点４とし、０．
５Ａの曲線Ｙ５と直線Ｘとの交点を点５とした。
【００３２】そして、各点間におけるストローク値につ
いて、Ａ（点２−点１）：Ｂ（点３−点２）：Ｃ（点４
−点３）：Ｄ（点５−点４）の各比を求めた。更に各実
施例に係る電磁弁について、ストローク値を２．５ｍ
ｍ、励磁電流の値を１．０Ａとしたときの吸引力の値を
それぞれ求めた。従来例に係る電磁弁についても同様に
試験を行った。
【００３３】これらの試験結果を表１に示す。表１に
は、判定の欄において、＋の数が多い程、磁気特性が優
れていることを示す。×は良好でないものを示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】実施例１〜実施例１１のように、８５０℃
から１０５０℃の温度範囲で焼鈍熱処理を施せば、鉄基
マトリックスのフェライト化を促進できるため、磁気回
路部材を構成する材料の組織を実質的にフェライトから
なる鉄基マトリックスとすることができる。殊に、９５
０℃から１０５０℃の温度範囲で焼鈍熱処理を施せば、
鉄基マトリックスのフェライト化を促進でき、表１に示
すように良好な判定結果が得られた。フェライト系の鉄
基マトリックスの炭素量としては、鉄−炭素平衡状態図
に基づけば、炭素量を０．０３ｗｔ％以下に抑えること
ができる。
【００３６】なお、上記したＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの比は、そ
れぞれ１に近い方が励磁ソレノイドコイル部３に加える
電流値とストローク値（バネ荷重）とのリニア応答性に
優れており、電磁弁の制御が容易である。即ち、上記し
た電磁弁においてはＡ：Ｂ：Ｃ：Ｄの各比が３．３以内
であれば、リニア応答性が好ましいことになる。殊に
２．０以内であれば優れていることになる。
【００３７】表１から明らかなように、従来例に係る電
磁弁は、Ａ：Ｂ：Ｃ：Ｄの各比は最大で６．７倍（従来
例）であり、リニア応答性は必ずしも充分ではなかっ
た。しかしながら各実施例の電磁弁においては、Ａ：
Ｂ：Ｃ：Ｄの各比は最大でも３倍（実施例１）と小さく
なり、リニア応答性に優れていた。さらに実施例７〜実
施例１１については、各比は２．０倍以内であり極めて
良好なリニア応答性を示した。殊に実施例１０，実施例
１１については、各比は１．２倍または１．３倍とかな
り小さく、極めて良好なリニア応答性を示した。これ
は、各実施例に係る電磁弁における磁気回路部材が鉄基
マトリックスよりも電気抵抗が高い黒鉛を含有している
ため、磁気回路部材における電気抵抗が従来例であるＳ
１０Ｃ材に対して５〜６倍増加し、磁気回路部材におけ
るスキンディプスが大きくなるためと推察される。
【００３８】また表１に示すように、従来例に係る電磁
弁の励磁電流値を１．０Ａとしたときの吸引力は９．２
Ｎであり良好であった。これに対して、各実施例に係る
電磁弁の励磁電流値を１．０Ａとしたとき、吸引力は
７．２Ｎ〜９．１Ｎであり、従来例に係る電磁弁の吸引
力よりもやや小さいか、それにほぼ匹敵する吸引力が得
られていた。殊に、実施例７〜１１においては吸引力が
８．０Ｎ以上と優れており、従来例に係る電磁弁の匹敵
する吸引力が得られた。従来例に係る電磁弁によれば、
フロントヨーク部１１とリアヨーク部１２とプランジャ
部２２とを形成する磁気回路部材が純鉄に近い炭素鋼
（ＪＩＳ Ｓ１０Ｃ）であり、鉄基マトリックスが実質
的に低炭素鋼であるフェライトであり、磁気的性質が良
好である。
【００３９】上記したように実質的にフェライトからな
る鉄基マトリックスに球状黒鉛が分散した組織とすれ
ば、実施例１〜実施例１１に係る材料を磁気回路部材に
用いた場合には、吸引力やそのリニア応答性などの応答
性を向上させることができる。プランジャ部２２及びヨ
ーク部１１，１２の相対位置が変わっても、電気抵抗を
高める微細な黒鉛がフェライト系の鉄基マトリックスに
分散しているため、高い周波数をもつパルス状の磁場が
作用するときであっても、スキンディプスが大きくな
り、磁束がプランジャ部２２及びヨーク部１１，１２の
内部に安定して深く入ることによるものと推察される。
【００４０】図１に示す電磁弁によれば、フロントヨー
ク部１１とリアヨーク部１２とプランジャ部２２とは本
発明材で形成されているが、これに限らず磁気回路部材
となるケース部２３をも本発明材で形成することもでき
る。
【００４１】さらに、各実施例及び従来例に係る電磁弁
に用いた材料について、励磁ソレノイドコイル部３に通
電するパルス状の電流（励磁電流）の周波数３００Ｈｚ
とし、パルス状の磁場（５４０Ａ／ｍ）としたとき、磁
気回路部材の磁気的特性（磁束密度、透磁率、保磁力）
を試験した。図６は上記したパルス状の磁場を作用させ
た場合のＢ−Ｈ曲線を示す。Ｂは磁束密度、Ｈは磁界を
示す。図６はこのようにパルス状の磁場を発生させたと
きにおける透磁率μを求める形態も示し、透磁率μは
（Ｂの最大値／Ｈの最大値）で求めた。
【００４２】上記した試験の結果を表２に示す。パルス
状の磁場を作用させた場合においては、表２に示すよう
に、実施例１〜実施例１１に係る磁気回路部材は透磁率
や磁束密度等の基本的な磁気特性が従来例（ＪＩＳ Ｓ
１０Ｃ材）よりも優れるていることがわかった。更に、
表２に示すように、従来例に比べて、各実施例に係る材
料は保磁力が低いため、残留磁気の低減を図り得、消磁
応答性が要請される軟磁性材料としての磁気特性も優れ
ていることがわかった。
【００４３】
【表２】
【００４４】更に、本発明材である実施例１０に係る材
料を用い、真空雰囲気で焼鈍熱処理を行ない、且つ温度
を適宜変えて１０時間、焼鈍熱処理を試験を行った。焼
鈍熱処理後は徐冷した。このように形成した磁気回路部
材の材料について飽和磁束密度（Ｂｍ）、透磁率（μ
ｍ）、保磁力（Ｈｃ）を測定した。この場合、Ｈ：５４
０Ａ／ｍの磁場（周波数：３００Ｈｚ）にて、交流Ｂ−
Ｈ測定を行った。この測定結果を図５（ａ）（ｂ）
（ｃ）に示す。図５に示すように、焼鈍熱処理の温度が
９５０℃を越えたあたりから、飽和磁束密度、透磁率が
急激に増大する。更に焼鈍熱処理の温度が９５０℃を越
えたあたりから、保磁力が急激に低下する。なお１１０
０℃を越えた当たりから、一部溶解し始めた。
【００４５】更に磁気回路部材（実施例１１）に直流磁
場を作用させて磁化させた試験結果を図７に示す。図７
において特性線Ａは実施例１０を示し、特性線Ｂは実施
例１１を示し、特性線Ｃは従来例を示す。図７に示すよ
うに、本発明に係る磁気回路部材である実施例１０，実
施例１１によれば、磁化曲線の勾配が急であり、従来例
に比較して透磁率μｍが大きいものとなる。
【００４６】以上説明したように本実施例に係る磁気回
路部材によれば、シリコンを多量に含み磁気的特性に優
れるフェライト系の鉄基マトリックスに、電気抵抗が比
較的高い黒鉛を分散させている。しかも黒鉛は球状また
はいも虫状であるため、片状黒鉛に比較して、磁気回路
部材の内部における磁束の透過の妨害を抑えることがで
きるため、透磁率、磁束密度等の磁気的特性を良好に保
持することができ、しかも電気抵抗を適当領域とするこ
とができる。
【００４７】更に、パルス状の磁場が作用する部位に磁
気回路部材を使用した場合には、磁気回路部材の材料内
への磁束の透過性が向上する。よって、磁場を磁気回路
部材に作用させた場合において、磁気回路部材の磁気特
性を向上させ得る。殊に高い周波数をもつパルス状の磁
場が作用する部位においても、透磁率、磁束密度などの
磁気的特性が優れたものとなる。故に、パルス状の磁
場、殊に高い周波数のパルス状の磁場が作用する磁気回
路部材に好適に使用できるという効果を有する。勿論、
本発明の磁気回路部材及びその製造方法によれば、直流
磁場が作用する部位に使用した場合であっても、良好な
る磁気特性が得られる。
【００４８】また本実施例によれば、黒鉛を含有させる
ことで、磁気回路部材となる鋳鉄溶湯の融点がかなり低
下するため、磁気回路部材を鋳造する際における湯流れ
性等の鋳造性が向上する。このため磁気回路部材を鋳造
により製造することが容易となり、ニアネットシェイプ
（製品近似形状）を形成するのに有利となる。故に磁気
回路部材を製造する際において切削代の低減を図り得、
製造コストにおいてかなりの割合を占める切削コストの
低減を図ることができる。よって、磁気回路部材の製造
コストの低下を図ることができる。
【００４９】（他の形態）図８は他の例に係る電磁機器
としての油圧制御用のアクチュエータを示す。これは、
励磁電流（パルス状の電流または直流）を流すことで磁
場を発生する励磁ソレノイドコイル部３０と、本発明材
で形成された磁気回路部材である第１ヨーク部としての
フロントヨーク部１１０と第１ヨーク部としてのリアヨ
ーク部１２０とプランジャ部２２０と、励磁ソレノイド
コイル部３０を覆うケース部２３０と、プランジャ部２
２０がカシメ留めされるシャフト２１０とをもつ。フロ
ントヨーク部１１０とリアヨーク部１２０とプランジャ
部２２０とケース部２３０は、それぞれ、本発明材で形
成された磁気回路部材を形成されている。励磁ソレノイ
ドコイル部３０に励磁電流（例えばパルス状の励磁電
流）が通電されると、発生した電磁力に基づく吸引力に
よりプランジャ部２２０がこれの軸長方向に沿って移動
する。このとき、プランジャ部２２０の外壁面２２０
ｋ、リアヨーク部１２０の壁面１２０ｘは摩擦摺動面と
して機能する。即ち、プランジャ部２２０の外壁面２２
０ｋはリアヨーク部１２０の壁面１２０ｘと摺動する
が、プランジャ部２２０の外壁面２２０ｋ、リアヨーク
部１２０の壁面１２０ｘは、本発明材で形成されている
ため、固体潤滑剤として機能することができる球状また
はいも虫状の多数の黒鉛を有するため、摩擦摺動性が確
保される。換言すれば、磁気回路部材における透磁率、
磁束密度等の磁気的特性を良好にすることができるばか
りか、摩擦摺動性をも向上させ得る。
【００５０】（Ｘ線回折）図９は、本発明に係る磁気回
路部材を構成する材料についてＸ線回折を行った試験結
果を示すグラフである。試験片としては、実施例１１に
係る材料を用い、真空雰囲気において１０００℃で１０
時間、焼鈍熱処理し、その後徐冷したものを用いた。図
１０はＸ線回折を行ったグラフの拡大図である。図９及
び図１０によれば、黒鉛を意味する炭素のピーク、フェ
ライトを意味するα−Ｆｅのピークの他に、鉄シリコン
化合物（Ｆｅ3Ｓｉと推察される）のピークが発現して
いた。焼鈍熱処理が充分でないときには、鉄シリコン化
合物のピークは認められないか、少なかった。
【００５１】（その他）上記した図１に示す実施例は、
球状黒鉛をフェライト系の鉄基マトリックスに分散させ
た磁気回路部材を用いている、しかし、いも虫状の黒鉛
をフェライト系の鉄基マトリックスに分散させた磁気回
路部材を用いた場合でも、同様の効果が得られる。各表
に記載した物性値は請求項に記載できるものである。そ
の他、本発明は上記しかつ図面に示した実施例のみに限
定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜
変更して実施できるものである。
【００５２】（付記）上記した記載から次の技術的思想
も把握できる。 ・各請求項において、パルス状の磁場（交流磁場、直流
磁場を含む）が作用する部位に使用されることを特徴と
する磁気回路部材、磁気回路部材の製造方法、電磁機
器。透磁率を確保しつつ磁気回路部材の電気抵抗を増加
できるため、パルス状の磁場が作用するときにおいて
は、スキンデップスを大きくするのに有利となる。 ・各請求項において、高い周波数（例えば１００〜１０
００Ｈｚ）のパルス状の磁場（交流磁場、直流磁場を含
む）が作用する部位に使用されることを特徴とする磁気
回路部材、磁気回路部材の製造方法、電磁機器。透磁率
を確保しつつ磁気回路部材の電気抵抗を増加できるた
め、パルス状の磁場が作用するときにおいては、スキン
デップスを大きくするのに有利となる。 ・各請求項に係る磁気回路部材を有する電磁機器。 ・各請求項において、フェライト系の鉄基マトリックス
は鉄シリコン化合物を有することを特徴とする磁気回路
部材、磁気回路部材の製造方法、電磁機器。 ・励磁電流を流すことで磁場（直流磁場、パルス状の磁
場を含む）を発生する励磁ソレノイドコイル部と、各請
求項に係る磁気回路部材と、磁気回路部材を通る磁束に
基づいて発生した作動力により移動すると共に流体が通
過する通孔をもつスプールと、スプールを移動可能に保
持すると共に流体が通過しスプールの通孔と連通可能な
通孔をもつバルブ部と、作動力に抗してスプールを付勢
するバネ部とを有することを特徴とする電磁弁。 ・摩擦摺動面を有することを特徴とする各請求項に係る
磁気回路部材。
【００５３】
【発明の効果】以上説明したように本発明の磁気回路部
材の製造方法、磁気回路部材、電磁機器によれば、透磁
率、磁束密度等といった磁気的特性に優れるフェライト
系の鉄基マトリックスに、電気抵抗が比較的高くしかも
磁束の透過を妨げにくい球状黒鉛またはいも虫状黒鉛を
分散させることで、電気抵抗を確保しつつ、磁気回路部
材における透磁率、磁束密度等の磁気的特性を良好にす
ることができる。
【００５４】更にパルス状の磁場が磁気回路部材に作用
するときであっても、球状黒鉛、いも虫状の黒鉛の分散
により電気抵抗の適切化を図り得るため、磁気回路部材
における渦電流等の誘導電流の発生を抑制することがで
きる。
【００５５】本発明に係る磁気回路部材をパルス状の磁
場が作用する部位に使用した場合には、磁束が通る深さ
を意味するスキンデップスを大きくするのに有利とな
り、磁気回路部材における透磁率、磁束密度等の磁気的
特性を良好にすることができる。殊に高い周波数をもつ
パルス状の磁場が作用するときにおいても、磁束が通る
深さを意味するスキンデップスを大きくするのに有利と
なり、磁気回路部材における透磁率、磁束密度等の磁気
的特性を良好にすることができる。
【００５６】勿論、本発明によれば、直流磁場が作用す
る部位に使用した場合であっても、良好なる磁気特性が
得られる。
【００５７】また本発明に係る磁気回路部材の製造方
法、磁気回路部材、電磁機器によれば、黒鉛となる炭素
を含有させることで、鋳鉄溶湯の融点がかなり低下する
ため、磁気回路部材を鋳造する際における湯流れ性等の
鋳造性が向上する。このため磁気回路部材を鋳造により
製造することが容易となり、ニアネットシェイプ（製品
近似形状）を形成するのに有利となる。故に切削代の低
減を図り得、製造コストにおいてかなりの割合を占める
切削コストの低減を図ることができ、磁気回路部材の製
造コストの低下を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例で製造した電磁弁の構造を概略して示す
断面図である。
【図２】実施例に係る材料の金属組織写真である。
【図３】実施例に係る材料の各電流値に対するストロー
ク値と吸引力との関係について示すグラフである。
【図４】従来例に係る材料の各電流値に対するストロー
ク値と吸引力との関係について示すグラフである。
【図５】焼鈍熱処理の温度と磁気特性との関係を示すグ
ラフである。
【図６】パルス電流を通電したときの透磁率μを求める
形態を示すグラフである。
【図７】実施例に係る材料、従来例に係る材料について
の磁化曲線を示すグラフである。
【図８】電磁機器の他の例を概略して示す断面概略図で
ある。
【図９】本発明に係る磁気回路部材を構成する材料につ
いてＸ線回折を行った試験結果を示すグラフである。
【図１０】図９の一部を拡大し、Ｘ線回折を行った試験
結果を示すグラフである。
【符号の説明】
図中、３は励磁ソレノイドコイル部、１１はフロントヨ
ーク部、１２はリアヨーク部、２３はケース部を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｆ 41/02 Ｈ０１Ｆ 27/24 Ｌ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】黒鉛を球状もしくは芋虫状とする処理剤と
    鋳鉄溶湯とを反応させる工程と、前記鋳鉄溶湯を鋳造し
    て凝固させることにより球状もしくは芋虫状の黒鉛が鉄
    基マトリックスに分散した凝固体を形成する工程と、前
    記凝固体に対して７５０〜１０５０℃の温度範囲で焼鈍
    熱処理を施すことにより、前記鉄基マトリックスのフェ
    ライト化を進行させる工程とを順に実施することを特徴
    とする磁気回路部材の製造方法。
  2. 【請求項２】請求項１において、鋳鉄溶湯または磁気回
    路部材は、重量比で炭素を３．０ｗｔ％以下、シリコン
    を３．０ｗｔ％以上含む組成を有することを特徴とする
    磁気回路部材の製造方法。
  3. 【請求項３】請求項１または２において、焼鈍熱処理の
    条件は９５０〜１０５０℃であることを特徴とする磁気
    回路部材の製造方法。
  4. 【請求項４】シリコンを含むフェライト系の鉄基マトリ
    ックスと、前記鉄基マトリックスに分散された球状もし
    くは芋虫状の黒鉛とで構成されており、７５０〜１０５
    ０℃の範囲で焼鈍熱処理が施されていることを特徴とす
    る磁気回路部材。
  5. 【請求項５】請求項４において、前記鉄基マトリックス
    におけるフェライトの平均粒径は２０〜１００ミクロン
    であることを特徴とする磁気回路部材。
  6. 【請求項６】請求項４または５において、重量比で炭素
    を３．０ｗｔ％以下、シリコンを３．０ｗｔ％以上含む
    組成を有することを特徴とする磁気回路部材。
  7. 【請求項７】請求項１〜６のいずれかに係る磁気回路部
    材と、前記磁気回路部材を通る磁束を発生させる磁場を
    発生させる励磁ソレノイドコイル部とを有することを特
    徴とする電磁機器。
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